黃二仙

(廣州中電荔新熱電有限公司，廣東 廣州 510160)

鍋爐排煙溫度是鍋爐重要的監(jiān)視參數(shù)之一，排煙溫度偏差大會影響鍋爐尾部受熱面工質的加熱參數(shù)，影響鍋爐的熱效率經(jīng)濟性，若出現(xiàn)嚴重偏差將影響鍋爐的安全運行，甚至導致鍋爐發(fā)生停爐事故。運行中應將鍋爐兩側排煙溫度差控制在合理范圍內(nèi)，嚴格控制鍋爐尾部各受熱面工質熱偏差，以保證鍋爐煙道各受熱面煙氣溫度在安全范圍內(nèi)，進而保證鍋爐的運行安全。

1 設備概況

某電廠1#機組鍋爐型式為亞臨界參數(shù)、汽包自然循環(huán)、四角切圓燃燒、直吹式制粉系統(tǒng)固態(tài)排渣煤粉爐。鍋爐型號為DG1080/17.4-II6型，為單爐膛，爐膛的四周是膜式水冷壁，在爐膛上部布置有壁式再熱器和全大屏過熱器，水平煙道中沿煙氣流向依次布置了中溫再熱器、高溫再熱器和高溫過熱器[1]。在后豎井煙道中沿煙氣流向依次布置了低溫過熱器和省煤器。鍋爐的尾部煙道布置了2臺三分倉空氣預熱器。冷端傳熱元件采用耐腐蝕、高強度冷軋鋼板CUPTEN-R)，其他為碳鋼[2]。

2 事件經(jīng)過

該廠1#機組于2012年8月投產(chǎn)，2016 年6 月 1#機組經(jīng)過超潔凈改造后恢復投運。2016年8月初，發(fā)現(xiàn)B側空預器出口溫度比A側空預器出口排煙溫度高10 ℃左右，并且偏差逐漸增大。到2016年8月18日，B側空預器比A側排煙溫度保持高15 ℃左右。2016年8月22日，A/B側空預器排煙溫度為125 ℃/158 ℃(相差33 ℃)，檢查發(fā)現(xiàn)A/B側空預器熱風流量及煙氣流量不均，B側空預器比A側空預器排煙溫度高，溫差呈繼續(xù)擴大趨勢。由于A/B兩側排煙溫度明顯增加，空預器兩側煙壓和引風機電流明顯偏移，主蒸汽及再熱蒸汽兩側減溫水量偏差太過明顯，已危害到機組的安全運行，機組負荷受限，被迫停爐處理?？疹A器出口溫度偏差具體情況見表1。

表1 空預器出口溫度偏差表

為此，該電廠聯(lián)合某電科院及廣州某科技有限公司專業(yè)技術人員、本廠鍋爐專業(yè)組共同對1#鍋爐A/B側排煙溫度偏差大的問題進行探測分析。經(jīng)過對1#爐的排煙溫度進行偏差試驗、調查討論及方案設計，于2016年8月23日正式提出了1#鍋爐“排煙溫度偏差”整改技術方案，并于2016年11月14日實施，而后于2016年12月1日至2017年4月21日進行了燃燒調整和驗收試驗。

3 排煙溫度偏差大原因分析

3.1 燃燒中心調整不當

該鍋爐采用四角切圓正壓直吹式，懸浮式燃燒方式。實際運行中，四角的噴燃器可能出現(xiàn)風速偏差。當四角二次風風門開度不同、煤粉濃度及風速不一致時，將會導致爐膛火焰中心產(chǎn)生偏移，風速大的一側將使火焰中心遠離受熱面，風速小的一側火焰中心會貼近受熱面，甚至產(chǎn)生火焰刷墻?；鹧嬷行牡钠浦苯邮顾浔跓嶝摵僧a(chǎn)生變化，越貼近火焰中心，其熱負荷強度越大；當火焰中心偏移較大時，對同一面水冷壁，其沿爐膛深度和高度方向的熱負荷也會產(chǎn)生不同受熱負荷，從而就使得爐膛出口兩側煙氣溫度出現(xiàn)偏差，進而影響尾部排煙溫度[3]。

3.2 鍋爐煙道結渣結焦

當鍋爐長期超負荷運行、燃用灰分低熔點燃煤及鍋爐長期缺氧運行時，鍋爐爐膛出口及爐膛水平煙道可能嚴重結渣結焦；或者煤粉燃盡時間過長，使得鍋爐水平煙道發(fā)生二次燃燒時，均會使排煙溫度產(chǎn)生偏差；發(fā)生二次燃燒側受熱面溫度過高，煙氣溫度會明顯升高。

3.3 結構布局的影響

設計、安裝及運行等因素，會造成鍋爐尾部水平煙道及尾部豎井煙道內(nèi)受熱面管束結構不對稱，比如過熱器、再熱器管節(jié)距不一致，管束受熱膨脹變形，固定支架遮擋等因素；將可能使某一面或幾面管排之間形成了較大的煙氣流通截面，造成煙氣走廊。由于煙氣走廊處通流面積增加，流通阻力減小，使得煙氣流速加快，煙氣量增加。由于排煙量增加，在受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同的情況下，煙氣的剩余熱焓值較多，排煙溫度將相對增加，使得兩側排煙溫度偏差增大[4]。

3.4 受熱面工質流量不均造成的煙氣溫度偏差

在鍋爐的尾部水平、豎井煙道內(nèi)，布置了相當數(shù)量的過熱器、再熱器及省煤器受熱管管束，各受熱面管束呈U型成列成組排列；但受安裝工藝及管子的長度、彎度曲率、管路接口位置等因素影響，各管子阻力系數(shù)會都不相同，會造成各管屏中各根管子的蒸汽流量的偏差;例如全大屏過熱器，其管屏外圈管長度最長，兩頭接口也在聯(lián)箱最外側；而同一管屏管子直徑都相同，所以其流量最小;當高溫煙氣流經(jīng)各管束時，各受熱面管路對煙氣產(chǎn)生冷卻作用。管內(nèi)工質參數(shù)是相同的，當管路中工質的流速不同，對煙氣冷卻效果也將不同；工質流速越快，其冷卻效果越明顯，反之則冷卻效果越差。鍋爐尾部煙道內(nèi)各受熱面管束是沿著煙道寬度及深度方向均勻排列，因此各管速內(nèi)工質流量不均是造成排煙溫度偏差的原因之一[5-6]。

3.5 尾部受熱面積灰

鍋爐運行過程中，煙氣連續(xù)沖刷鍋爐尾部受熱面管束，包括過熱器、再熱器、省煤器、空氣預熱器等等。根據(jù)流體力學原理，煙氣在管子的背面將產(chǎn)生漩渦。而煙氣中含有大量直徑不同的煙塵顆粒，煙塵顆粒越小，越容易被卷吸。同時煙氣流動過程中，灰粒會發(fā)生靜電感應，使得灰粒帶靜電荷；尤其是直徑小于10 μm的灰粒，非常容易被卷吸并在管道上沉積下來，從而形成積灰。倘若積灰的金屬面比較粗糙，或灰粒遇到水蒸氣等，形成低溫黏結，積灰過程將加劇。受熱面的積灰使傳熱熱阻增大，傳熱惡化，煙氣焓值增加，排煙溫度升高。兩側受熱面積灰程度不同，受影響的排煙溫度也不同，將直接導致左右兩側排煙溫度偏差大。

3.6 空預器堵灰

空預器受熱面積灰，其導致的現(xiàn)象與鍋爐尾部管束受熱面積灰后果類似；但不同的是，回轉式空預器是蓄熱式傳熱，煙氣和空氣相向地穿過空預器，其通流面積一致。空預器嚴重堵灰將直接導致空預器的流通面積較少，直接使A/B兩側空預器的通流面積不一致，導致兩側煙氣流量和空氣流量不一致。嚴重時可導致A/B側送、引風機發(fā)生搶風現(xiàn)象，造成爐膛負壓大幅波動而威脅鍋爐安全運行?？疹A器堵灰，將使空預器進出口煙氣壓差、空氣壓差增大，為了滿足鍋爐燃燒需求，只能增加引風機和送風機出力，這不但增加廠用電耗，還可能導致滿足不了機組運行的需求；同時，由于空預器蓄熱元件間堵灰，煙氣與空氣之間的傳熱弱化，使空氣加熱不足，送風溫度降低，引起鍋爐燃燒品質差；排煙溫度增加也降低了鍋爐熱效率并威脅鍋爐的安全運行。

3.7 空預器漏風

由于回轉式空預器結構自身的特點，在空預器轉子及外罩間必然有一定量的縫隙，縫隙將不可避免產(chǎn)生漏風。因空氣側壓力大，空預器的漏風是空氣側漏向煙氣側，空氣將大量排擠煙氣，使得煙氣量減小；為滿足燃燒需要，將不得不增大引風機的出力，增加電耗；漏風率越大，增加的電耗越大，嚴重時可能使得引風機和送風機陷入自我循環(huán)的怪圈。漏風率大增大了空預器前后壓差，降低了煙氣流量流速，使傳熱減弱，單側空預器漏風大將造成兩側排煙溫度偏差大；若兩臺空預器漏風過大，不但增加引風機、送風機電耗，更會造成鍋爐的總風量不足，限制鍋爐出力，更威脅鍋爐安全運行。

3.8 SCR裝置對空預器傳熱元件污染、腐蝕[1]

SCR裝置布置在省煤器和空氣預熱器之間，脫硝煙氣從省煤器至空氣預熱器之間的煙道接入。由于脫硝反應過程中會存在一定量的氨逃逸，而且在實際生產(chǎn)運行中，鍋爐長時間低負荷運行，或脫硝煙氣溫度低于295 ℃，煙氣中部分SO2在催化劑的作用下轉化為SO3，SO3和NH3發(fā)生反應生成(NH4)2SO4和NH4HSO4。反應的化學方程式如下：

SCR脫銷對空預器主要不利是生成物NH4HSO4，NH4HSO4易溶于水，具有強烈的腐蝕性；當煙氣流經(jīng)空預器，在空預器中大量集中放熱，當煙氣溫度在210℃時，硫酸氫氨從氣態(tài)凝結為液態(tài)，對空預器中溫段和冷段形成腐蝕；NH4HSO4水溶液具有很強的粘結性，通常迅速粘在空預器換熱元件表面進而吸收大量的灰分，加劇空預器冷端堵塞。另外，NH4HSO4的強腐蝕性，會將蓄熱片金屬元件腐蝕變脆，使得蓄熱片發(fā)生變形、斷裂，使空預器轉子局部鱗片發(fā)生堵塞和坍塌，威脅機組的整體安全。

4 對策措施

4.1 運行措施

偏置兩側送風量：暫時關閉A/B側送風機出口聯(lián)絡門，偏置兩側送風機風門開度，增加兩側空氣量偏差，從而平衡兩側熱風箱出口風溫，解決出口風溫不一致和排煙溫度偏差的問題。

加強吹灰管理：在鍋爐運行過程中根據(jù)負荷變化的情況，合理調整吹灰頻次及強度。將爐膛、空預器、煙道和脫硝吹灰頻次改為空預器吹灰由每值1次改為每值吹灰2次，爐膛、煙道吹灰和脫硝吹灰由每日吹灰1次改為每值吹灰1次。這可以有效控制爐膛結焦及鍋爐尾部受熱面積灰，并控制空預器堵灰不繼續(xù)加劇，能維持現(xiàn)階段的鍋爐運行。

精細調節(jié)氨氣調整門：為控制NH4HSO4的生成，脫硝系統(tǒng)SCR入口噴氨流量調節(jié)采用手動精細調整，通過手動控制調節(jié)閥開度，控制脫硫系統(tǒng)出口NHx排放濃度為80～120 mg/m3。在每次機組準備增加負荷和降低負荷前，鍋爐主控工與環(huán)保主控工進行聯(lián)系，對脫銷系統(tǒng)入口NHx含量進行預先判定，利用人工優(yōu)先調節(jié)的辦法精細調整，以保證脫硝系統(tǒng)出口參數(shù)在范圍以內(nèi)。

4.2 進行爐膛動力場試驗

2016年11月份，該電廠對1#鍋爐進行A修，在鍋爐動力場試驗中對虛擬燃燒中心進行核對標定；并對燃燒系統(tǒng)一次、二次風風速，風門擋板開度，燃燒器組擺角系統(tǒng)進行校對，經(jīng)過對爐膛冷態(tài)動力場試驗，做到了燃燒系統(tǒng)配風均勻，各燃燒器噴口符合流體力學特性，動力場符合設定要求，模擬火焰中心高度值及偏移度在設定限度以內(nèi)，模擬火焰切圓及火焰充滿程度滿足設計要求，排除旋流影響。

4.3 檢查鍋爐尾部煙道受熱面

該電廠在停爐后，將鍋爐尾部煙道受熱面進行立項檢查，發(fā)現(xiàn)鍋爐尾部豎井煙道低溫過熱器5#至9#管排的防磨瓦出現(xiàn)滑落或翻轉，第17列至第24列前包墻管減薄現(xiàn)象嚴重。根據(jù)檢修要求，對5#至9#管排低溫過熱器防磨瓦進行二次定位，對減薄的前包墻進行更換和防磨處理，并測量各受熱面管排之間的流通面積，以保證兩側的煙氣流通面積一致性。

4.4 調整空預器間隙

2016年1月，因室外氣溫降溫，1#鍋爐A空預器轉子外殼收縮，造成A空預器鉆子與外罩之間產(chǎn)生間歇輕度摩擦。該廠利用本次鍋爐停爐檢查機會調整了A/B側空預器的間隙；在本次調整后，公司會同專業(yè)檢測機構對A/B空預器進行了漏風率試驗，最終結果分析A/B漏風率都<6%(設計值)，解決了空預器漏風率及風量不均問題。

4.5 檢查空預器冷端

4.6 更換和改造空預器受損部件

從本次現(xiàn)象的參數(shù)分析可知，空預器堵灰、傳熱片污染等項是主要因素。A修檢查發(fā)現(xiàn)1#爐空預器冷端傳熱元件腐蝕較為嚴重，熱端傳熱元件有傾斜現(xiàn)象及冷熱端徑向密封片腐蝕嚴重，特別是A區(qū)。一是要對A空預器A區(qū)48塊傳熱元件及B空預器A區(qū)16塊傳熱元件進行更換。二是改造空預器換熱元件，用高吹灰通透性的波型板代替原空預器波形板，并優(yōu)化換熱元件金屬溫度場和層高，保證吹灰和清洗效果。

4.7 優(yōu)化脫硝反應系統(tǒng)，提高脫硝反應效率

在脫硝反應器中增設二級導流板，使脫硝反應器內(nèi)部煙氣能與氨氣充分混合，保證SCR系統(tǒng)的脫硝效率、氨逃逸率、SO2/SO3轉化率及系統(tǒng)阻力降的性能。

4.8 完善脫硝系統(tǒng)計量裝置

在機組大修期間對反應器出口氮氧化物濃度計進行仔細檢查，在SCR裝置出口加裝氨逃逸質量濃度監(jiān)測儀表。日常運行中加強監(jiān)視氨氣逃逸質量濃度檢測儀表數(shù)值，控制氨氣調整門，使脫硝裝置出口氨逃逸質量濃度≤5 mg/L，防止過量噴氨，造成空預器受熱面污染。檢修人員每月定期對脫硝系統(tǒng) SCR反應器進、出口NOx表和氨逃逸質量濃度監(jiān)測儀表 的校驗工作，保證數(shù)據(jù)的準確性和具有代表性[1]。

4.9 優(yōu)化SCR脫硝裝置控制邏輯

熱控人員對脫硝控制系統(tǒng)邏輯進行修改，增加機組負荷波動對脫硝運行調節(jié)的反饋鏈，減少調節(jié)滯后時限；同時優(yōu)化SCR反應器出口NOx質量濃度的調節(jié)邏輯，改用動態(tài)模板多信息集成的目標跟蹤方法進行計算，提高調節(jié)品質，以保證脫硝效率、凈煙氣出口NOx質量濃度 滿足環(huán)保要求且氨逃逸質量濃度不會過高。

5 實施效果

該電廠對1#爐的A/B排煙溫度偏差進行了試驗，并采取了整改措施，此后消除了因A空預器阻力大堵塞造成的煙氣偏差，A/B兩側的排煙溫度偏差不超過5 ℃。整改措施起到了消除排煙溫度熱偏差的效果(見表2)，并且改善了一次風、二次風熱風溫度，使鍋爐燃燒效率提高，燃燒也更加穩(wěn)定和安全。

6 結束語

1)造成該廠1#爐排煙溫度偏差大的原因為豎井煙道部分受熱面磨損、空預器堵灰和空預器儲熱片損壞。由于SCR氨氣逃逸率過大，逃逸物附著在空預器波紋板上導致空預器波紋板污染和堵灰，造成排煙溫度偏差；而附著物又進一步腐蝕儲熱片，使儲熱片產(chǎn)生金屬疲勞產(chǎn)生順壞，兩者相互作用加劇了鍋爐排煙溫度偏差大。

2)通過重新標定火焰燃燒中心、更換尾部煙道防磨板、調整空預器轉子間隙等方法，從鍋爐結構上保證了鍋爐尾部煙氣流量和空氣流量的平衡，解決了熱力不均和流量不均的問題。

3)通過更換空預器損壞傳熱元件、增加氨氣逃逸檢測表計、優(yōu)化SCR控制系統(tǒng)邏輯等技術措施和采取定期校準表計、改變空預器吹灰頻次、增加SCR系統(tǒng)手動調節(jié)等運行措施后，有效解決了空預器傳熱元件破損、污染、堵灰等問題。

通過以上對策的實施，將鍋爐排煙溫度熱偏差有效地控制在設計范圍內(nèi)，恢復了鍋爐的正常運行。此次整改的經(jīng)驗和措施為同類型機組的改造及查找原因提供了寶貴經(jīng)驗。